1)地基与基础的关系
基础是建筑物的重要组成部分,是位于建筑物地面以下的承重构件,承受着建筑物的全部荷载,并将这些荷载连同自重一起传递给地基。
地基是基础下面承受建筑物总荷载的土壤层,它不是建筑物的组成部分。地基承受建筑物荷载而产生的应力和应变是随着土层深度的增加而减小的,在达到一定深度后可以忽略不计。
基础与地基传力示意图如图3.1所示。
图3.1 基础与地基传力示意图
地基承受荷载的能力有一定限度,地基每平方米所承受的最大压力称为地基的允许承载力(也称地耐力)。允许承载力主要应根据地基土的特性确定,同时也与建筑物的结构构造和使用要求等有一定的关系。当基础对地基的压力超过允许承载力时,地基将出现较大的沉降变形,甚至地基土会滑动挤出而破坏。地基和基础共同作用,来保证建筑的稳定、安全及坚固耐久。为了保证建筑物的稳定和安全,要满足基础底面的平均压力不超过地基的允许承载力,即满足下列不等式:
式中,F为基础底面积;N为建筑物总荷载;R为地基的允许承载力。
从上式可以看出,当地基承载力不变时,建筑物总荷载越大,基础底面积也要求越大;或者说当建筑物总荷载不变时,地基承载力越小,基础底面积就越大。
2)地基概述
(1)土层的分类
《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)规定,作为建筑地基的岩土分类见表3.1。
表3.1 岩土的分类
(2)地基的分类
按土层的性质不同,地基分为天然地基和人工地基两大类。
①天然地基。天然地基是指具有足够承载能力的天然土层,可直接在天然土层上建造基础。岩石、碎石、砂石、黏性土等,一般均可作为天然地基。
②人工地基。人工地基是指天然土层的承载力较差或土层质地较好,但不能满足荷载的要求,为使地基具有足够的承载能力,应对土层进行加固,这种经过人工加固的地基称为人工地基。人工地基的加固方法见表3.2。
表3.2 人工地基的加固方法
表3.3 打桩法的分类
(3)桩的分类
根据桩的受力特点,桩基础可分为端承桩和摩擦桩两种,如图3.8所示。
图3.8 桩基础示意图
①端承桩。端承桩是指将桩尖直接支承在岩石或硬土层上,用桩尖支承建筑物的总荷载,并通过桩尖将荷载传递给地基。这种桩适用于坚硬土层较浅、荷载较大的工程。
②摩擦桩。摩擦桩是指用桩挤实软弱土层,靠桩壁与土壤的摩擦力承受总荷载。这种桩适用于坚硬土层较深、荷载较小的工程。
3)地基与基础的设计要求
地基承受着建筑物的全部荷载,基础是建筑物的主要承重构件,两者质量的好坏直接关系建筑物的安全问题。因此,在建筑设计时合理选择地基和基础极为重要。设计时应考虑的设计要求如图3.9所示。
图3.9 地基与基础的设计要求
(1)对地基强度的要求
建筑物的建造地址应尽可能地选在地基土的承载力较高且分布均匀的地段,如岩石、碎石类等,应优先考虑采用天然地基。
(2)对地基变形方面的要求
要求地基有均匀的压缩量,以保证有均匀的下沉。地基土质不均匀会给基础设计增加困难。若地基处理不当将会使建筑物发生不均匀沉降而引起墙身开裂,甚至影响建筑物的使用。
(3)对地基稳定方面的要求
要求地基有防止产生滑坡、倾斜方面的能力,必要时(如有较大的高差)应加设挡土墙,以防止滑坡变形的出现。(www.xing528.com)
(4)对基础强度与耐久性的要求
基础是建筑物的重要承重构件,对整个建筑的安全起保证作用。因此,基础所用材料必须具有足够的强度,才能保证基础能够承受建筑物的荷载并传递给地基。另外,基础是埋在地下的隐蔽工程,在土中受潮、浸水,且建成后检查和加固很困难,所以在选择基础的材料和构造形式等问题时,应与上部结构的耐久性相适应。
(5)基础工程应注意的经济问题
基础工程占建筑总造价的10%～40%,降低基础工程的投资是降低工程总投资的重要一环。因此,在设计中应选择较好的土质地段,对需要特殊处理的地基和基础应尽量选用地方材料,并采用恰当的形式及构造方法,从而节约工程投资。
4)基础埋置深度
(1)基础埋置深度概述
基础的埋置深度是指从室外设计地坪到基础底面的距离,如图3.10、图3.11所示。
图3.10 基础的埋置深度示意图
图3.11 基础埋置深度分类
室外地坪分为自然地坪和设计地坪。自然地坪是指施工地段的现有地坪,而设计地坪指按设计要求工程竣工后室外场地经整平的地坪。根据基础埋置深度的不同,基础分为浅基础和深基础。一般情况下,基础埋置深度≤5m时为浅基础(图3.12),基础埋置深度>5m时为深基础(图3.13)。
在确定基础埋深时应优先选择浅基础。它的特点是:构造简单、施工方便、造价低廉且不需要特殊施工设备。只有在表层土质极弱、总荷载较大或其他特殊情况下,才选用深基础。除此之外,基础埋置深度也不能过小,因为地基受到建筑物荷载作用后,可能将四周土挤走,使基础失稳;或地面受到雨水的冲刷、机械破坏而导致基础暴露,影响建筑物的安全。要求基础的最小埋置深度不应小于500mm。
(2)确定基础埋置深度的原则
确定基础埋置深度的原则如图3.14所示。
图3.12 浅基础示意图
图3.13 深基础示意图
图3.14 确定基础埋置深度的原则
①建筑物的特点及使用性质的影响。应根据建筑物是多层建筑还是高层建筑、有无地下室、设备基础、建筑的结构类型等确定基础埋置深度。一般来说,高层建筑的基础埋深是地上建筑物总高度的1/14～1/10,而多层建筑则依据地下水位及冻土深度来确定基础埋深。
②土层构造情况的影响。土质好、承载力高的土层,基础可以浅埋;土质差、承载力低的土层,基础应深埋。
③地下水位的影响。地基土含水量的大小对承载力的影响很大,因此地下水位的高低直接影响地基承载力。如黏性土遇水后,因含水量增加体积膨胀,使土的承载力下降。而含有侵蚀性物质的地下水,对基础会产生腐蚀,故基础应尽量埋置在地下水位以上。当地下水位较高、基础不能埋置在地下水位以上时,应将基础底面埋置在地下水位200mm以下,不应使基础底面处于地下水位变化的范围之内,以减小和避免地下水的浮力等的影响。如图3.15所示,埋在地下水位以下的基础,其所用材料应具有良好的耐水性能,如选用石材、混凝土等。当地下水含有侵蚀性物质时,基础应采取防腐蚀措施。
图3.15 有地下水时基础埋置情况
④土的冻结深度的影响。地面以下的冻结土与非冻结土的分界线称为冰冻线。土的冻结深度取决于当地的气候条件。如北京地区为地下0.8～1.0m,哈尔滨为地下2.0m。冬季,土的冻胀会将基础抬起;春季,气温回升土层解冻,基础会下沉,使建筑物同期性地处于不稳定状态。由于土中各处冻结和融化并不均匀,建筑物会产生变形,如墙身开裂、门窗变形等。
土壤冻胀现象及其严重程度与地基土的颗粒粗细、含水量、地下水位高低等因素有关。碎石、卵石、粗砂、中砂等土壤颗粒较粗,颗粒间孔隙较大,水的毛细作用不明显,冻而不胀或冻胀轻微,其埋深可不考虑冻胀的影响。粉砂、轻亚黏土等土壤颗粒细,孔隙小,毛细作用显著,具有冻胀性,此类土壤称为冻胀土。冻胀土中含水量越大,冻胀就越严重,地下水位越高,冻胀就越强烈。因此,对于有冻胀性的地基土,基础应埋置在冰冻线以下200mm处。
基础埋深与冰冻线的关系如图3.16所示。
图3.16 基础埋深与冰冻线的关系
⑤相邻建筑物基础的影响。当新建房屋的基础埋深小于或等于原有房屋的基础埋深时,可不考虑相互影响;当新建房屋的基础埋深大于原有房屋的基础埋深时,应考虑相互影响。具体做法应满足下列条件:
式中 H——新建与原有建筑物基础底面标高之差;
L——新建与原有建筑物基础边缘的最小距离。
相邻基础的埋置位置如图3.17所示。
图3.17 相邻基础的埋置位置
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